Lidský genom

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 19. června 2022; kontroly vyžadují 3 úpravy .

Lidský genom  je souhrn dědičného materiálu obsaženého v lidské buňce [1] . Podle této definice se lidský genom skládá z 23 párů chromozomů umístěných v jádře a také z mnoha kopií mitochondriální DNA . Existuje další definice genomu, ve které genom znamená souhrn genetického materiálu haploidní sady chromozomů [2] [3] . Když mluvíme o velikosti lidského genomu, mají na mysli tuto verzi definice genomu. Takže dvacet dva autozomů , dva pohlavní chromozomyX a Y, stejně jako lidská mitochondriální DNA, společně obsahují 3 099 734 149 párů bází [4] . Do roku 2003 bylo sekvenováno 85 % lidského genomu a úplné sekvenování lidského genomu bylo dokončeno až v roce 2022 [5] .

Během realizace projektu Human Genome Project byla stanovena DNA sekvence všech chromozomů a mitochondriální DNA . V současné době jsou tato data aktivně využívána po celém světě v biomedicínském výzkumu. Celé sekvenování odhalilo, že lidský genom obsahuje 19 969 aktivních genů , což je jen velmi malá část genomu, pouze 1,5 % z celkového genetického materiálu kóduje proteiny nebo funkční RNA . [4] Existuje celkem 63 494 genů, z nichž většinu tvoří nekódující geny RNA, často označované jako nevyžádaná DNA [6] , ale bylo zjištěno, že hrají důležitou roli v regulaci aktivity genů [7] [ 8] .

Hlavní část genomu (92 %) byla dešifrována do roku 2003 v rámci projektu Human Genome Project. V dubnu 2022 bylo oznámeno, že mezinárodní tým výzkumníků sekvenoval posledních 8 % lidského genomu [9] .

Funkce

Chromozomy

V genomu je 23 párů chromozomů : 22 párů autozomálních chromozomů a také pár pohlavních chromozomů X a Y. U lidí je mužské pohlaví heterogametické a je určeno přítomností chromozomu Y. Normální diploidní somatické buňky mají 46 chromozomů [10] [11] .

Geny

Předběžné odhady naznačovaly přítomnost více než 100 000 genů v lidském genomu. Podle výsledků Human Genome Project byl počet genů, nebo spíše otevřených čtecích rámců , asi 23 000 genů. V souvislosti se zdokonalováním metod vyhledávání (předpovídání) genů se očekává další snižování počtu genů.

Počet genů u lidí je jen o málo větší než u jednodušších organismů , jako je škrkavka Caenorhabditis elegans nebo moucha Drosophila melanogaster . To je způsobeno skutečností, že alternativní sestřih je široce zastoupen v lidském genomu . Alternativní sestřih vám umožňuje získat několik různých proteinových řetězců z jednoho genu. V důsledku toho je lidský proteom mnohem větší než proteom uvažovaných organismů. Většina lidských genů má více exonů a introny jsou často výrazně delší než hraniční exony v genu.

Geny jsou v chromozomech rozmístěny nerovnoměrně. Každý chromozom obsahuje oblasti bohaté a chudé na geny. Tyto oblasti korelují s chromozomálními pásy (pásy napříč chromozomem, které jsou viditelné pod mikroskopem) as oblastmi bohatými na CG . V současné době není význam této nerovnoměrné distribuce genů zcela pochopen.

Kromě genů kódujících protein obsahuje lidský genom tisíce genů RNA , které kódují přenosové RNA (tRNA), ribozomální RNA , mikroRNA a další RNA nekódující proteiny.

Regulační sekvence

V lidském genomu bylo nalezeno mnoho různých sekvencí, které jsou zodpovědné za genovou regulaci . Regulace se týká kontroly genové exprese (proces budování messenger RNA podél části molekuly DNA). Obvykle se jedná o krátké sekvence, které buď sousedí s genem, nebo uvnitř genu. Někdy jsou ve značné vzdálenosti od genu ( enhancery ). Systemizace těchto sekvencí, pochopení mechanismů práce, jakož i otázky vzájemné regulace skupiny genů skupinou odpovídajících enzymů jsou zatím pouze v počáteční fázi studia. Vzájemná regulace skupin genů je popsána pomocí genových regulačních sítí . Studium těchto problémů je na průsečíku několika oborů: aplikované matematiky , vysoce výkonných počítačů a molekulární biologie . Poznatky pocházejí ze srovnání genomů různých organismů a z pokroků v umělé genové transkripci v laboratoři.

Identifikace regulačních sekvencí v lidském genomu byla částečně provedena na základě evolučního konzervatismu (vlastnost zachování důležitých fragmentů chromozomální sekvence, které plní zhruba stejnou funkci). Podle údajů z molekulárních hodin se lidské a myší evoluční linie rozdělily asi před 100 miliony let [12] . U dvou genomů počítačové metody odhalily konzervativní sekvence (sekvence, které jsou ve srovnávaných genomech shodné nebo velmi mírně odlišné) v nekódující části a ukázalo se, že se aktivně podílejí na mechanismech genové regulace v obou organismech [13] .

Další přístup k získání regulačních sekvencí je založen na srovnání genů člověka a ryb . Sekvence genů a regulačních sekvencí u lidí a pufferfish jsou významně podobné, nicméně genom pufferfish obsahuje 8x menší množství "junk DNA" . Tato „kompaktnost“ rybího genomu výrazně usnadňuje hledání regulačních sekvencí pro geny [14] .

Další objekty v genomu

Sekvence kódující protein (mnoho sekvencí, které tvoří exony ) tvoří méně než 1,5 % genomu [6] . Když pomineme známé regulační sekvence, lidský genom obsahuje řadu objektů, které vypadají jako něco důležitého, ale jejichž funkce, pokud vůbec nějaká, nebyla dosud objasněna. Tyto objekty zabírají až 97 % celkového objemu lidského genomu. Mezi tyto objekty patří:

Odpovídající sekvence jsou s největší pravděpodobností evoluční artefakt. V moderní verzi genomu je jejich funkce vypnutá a mnoho lidí tyto části genomu nazývá junk DNA. Existuje však mnoho důkazů, že tyto objekty mají nějakou funkci, která je stále nejasná.

Pseudogenes

Experimenty s DNA microarrays ukázaly, že do procesu transkripce je zapojeno mnoho negenových oblastí genomu [15] .

Viry

Asi 1% lidského genomu je obsazeno vestavěnými retrovirovými geny ( endogenními retroviry). Tyto geny obvykle hostiteli neprospívají, ale existují výjimky. Takže asi před 43 miliony let se retrovirové geny, které sloužily ke stavbě obalu viru, dostaly do genomu předků opic a lidí. U lidí a opic se tyto geny podílejí na práci placenty [16] . Většina retrovirů se integrovala do genomu lidských předků před více než 25 miliony let. Mezi mladšími lidskými endogenními retroviry nebyly dosud nalezeny žádné užitečné [17] [18] .

Informační obsah lidského genomu

Dusíkaté báze v DNA ( adenin , thymin , guanin , cytosin ) odpovídají 4 různým logickým stavům, což odpovídá 2 bitům informace [19] . Lidský genom tedy obsahuje více než 6 gigabitů informací v každém řetězci, což odpovídá 800 megabytům a je srovnatelné s množstvím informací na CD [20] . Logika ukládání dat ve spárovaných základnách je podobná systému replikace (duplikace) dat RAID 1 .

Poznámky

  1. ↑ Mluvící slovníček genetických termínů : genom  . Národní ústav pro výzkum lidského genomu. Získáno 1. listopadu 2012. Archivováno z originálu 4. listopadu 2012.
  2. ↑ A Dictionary of genetics  / R. C. King, W. D. Stansfield, P. K. Mulligan. — 7. - Oxford University Press , 2006. - ISBN 13978-0-19-530762-7.
  3. ↑ Genetika: encyklopedický slovník / Kartel N. A., Makeeva E. N., Mezenko A. M .. - Minsk: Technologie, 1999. - 448 s.
  4. ↑ 12 GRCh38.p14 . _ ncbi . Genome Reference Consortium (3. února 2022). Získáno 1. dubna 2022. Archivováno z originálu 1. dubna 2022.
  5. ↑ Zakladatel: Neziskové partnerství "Mezinárodní partnerství pro šíření vědeckých znalostí" Adresa: 119234, Moskva, GSP-1, Leninsky Gory, Moskevská státní univerzita, D. 1. Vědci kompletně rozluštili lidský genom . "Vědecké Rusko" - elektronické periodikum . Datum přístupu: 29. října 2022.
  6. ↑ 1 2 Mezinárodní konsorcium pro sekvenování lidského genomu. Počáteční sekvenování a analýza lidského genomu. (anglicky)  // Nature. - 2001. - Sv. 409 , č.p. 6822 . - S. 860-921 . - doi : 10.1038/35057062 . — PMID 11237011 .
  7. ↑ "Junk" DNA pomáhá zapnout geny . Získáno 24. listopadu 2018. Archivováno z originálu dne 24. listopadu 2018.
  8. ↑ „Junk“ DNA hraje zásadní roli při udržování integrity genomu . Získáno 24. listopadu 2018. Archivováno z originálu dne 25. listopadu 2018.
  9. ↑ Matveeva, T. Vědci kompletně rozluštili lidský genom . Vědecké Rusko (1. dubna 2022). Získáno 5. dubna 2022. Archivováno z originálu dne 13. května 2022.
  10. ↑ Tjio JH, Levan A.  Počet chromozomů člověka  // Hereditas. - 1956. - Sv. 42 . - str. 1-6 . - doi : 10.1111/j.1601-5223.1956.tb03010.x . — PMID 345813 . První práce s přesně stanoveným počtem chromozomů u lidí.
  11. ↑ Číslo lidského chromozomu Archivováno 3. listopadu 2020 na Wayback Machine , zde je historie počítání lidských chromozomů
  12. ↑ Nei M., Xu P., Glazko G. Odhad časů divergence z multiproteinových sekvencí pro několik druhů savců a několik vzdáleně příbuzných organismů. (anglicky)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . - 2001. - Sv. 98 , č. 5 . - S. 2497-2502 . - doi : 10.1073/pnas.051611498 . — PMID 11226267 .  
  13. ↑ Loots G., Locksley R., Blankespoor C., Wang Z., Miller W., Rubin E., Frazer K. Identifikace souřadnicového regulátoru interleukinů 4, 13 a 5 pomocí mezidruhového srovnání sekvencí. (anglicky)  // Science. - 2000. - Sv. 288 , č.p. 5463 . - S. 136-140 . - doi : 10.1126/science.288.5463.136 . — PMID 10753117 . Shrnutí Archivováno 6. listopadu 2009 na Wayback Machine
  14. ↑ Meunier, Monique Genoscope a Whitehead oznamují vysoké sekvenční pokrytí genomu Tetraodon nigroviridis ( nepřístupný odkaz) . Genoskop. Získáno 12. září 2006. Archivováno z originálu 20. srpna 2002.   
  15. ↑ Claverie J. Méně genů, více nekódující RNA. (anglicky)  // Science. - 2005. - Sv. 309 , č.p. 5740 . - S. 1529-1530 . - doi : 10.1126/science.1116800 . — PMID 16141064 .
  16. ↑ Předchůdci člověka si vypůjčili užitečné geny z virů . Získáno 19. září 2017. Archivováno z originálu 20. září 2017.
  17. ↑ Eugene D. Sverdlov. Retroviry a evoluce primátů // BioEssays. — Sv. 22, č. 2 . - S. 161-171. - doi : 10.1002/(SICI)1521-1878(200002)22:2<161::AID-BIES7>3.0.CO;2-X . — PMID 10655035 .
  18. ↑ Anders L Kjeldbjerg, Palle Villesen, Lars Aagaard, Fin Skou Pedersen. Genová konverze a purifikační selekce genu ERV-V obalu specifického pro placentu během evoluce opice // BMC Evolutionary Biology. - 2008. - Sv. 8. - S. 266. - doi : 10.1186/1471-2148-8-266 . — PMID 18826608 .
  19. ↑ Dengub V. M., Smirnov V. G. Jednotky množství. Odkaz na slovník. - M . : Nakladatelství norem, 1990. - S. 25. - 240 s. — ISBN 5-7050-0118-5 .
  20. ↑ Kolik informací uchovává lidská DNA? - Quora

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích
 Personalizovaná medicína
Datové sekce Omix
Aplikační sekce
Metody
Související články
 lidské chromozomy
autozomy
gonozomy
 Chromozomy
Hlavní
Klasifikace
Struktura
Chromatidy
Telomerytelomeráza
CentromeraKinetochore
Chromatin
Nukleosom
Restrukturalizace a
porušení
Určení chromozomálního
pohlaví
Metody